安徽建筑大学地下水动力学井点降水论文资料

1、井点降水引起地面沉降计算分析姓名：王新润学号：10201030217班级：10勘查2学校：安徽建筑大学院系：土木工程学院摘要：基坑开挖时往往会遇到地下水位高于基底的现象，为防止基坑水突涌，设置基坑井点降水的方法，降低地下水位。在含水层中抽取一定的地下水，从而 引起地下水位的变化，从而造成地面沉降。通过提出一种地面沉降的计算方法， 并用一事例进行论证，得到比较可靠的结果1 I关键词：井点降水，地面沉降，沉降计算，基坑降水1引言井点降水是目前基坑开挖中一项非常重要的配套措施，其原理是在基坑周围埋下深于基坑底的井点或管井，以总管连接抽水，使地下水位下降成为一个降 落漏斗，并降低到坑底以下0. 5 m

2、-1 m,从而保证在干燥无水条件下施工，避 免流砂等事故，并方便施工。在含水层中抽取地下水，必将引起含水层承压水头 下降，形成区域性的地下水降水漏斗。承压水头下降的结果使含水层组（含水砂 层本身及其上部和下部的饱水粘性土层）的孔隙水压力以不同的速率降低，而 使颗粒骨架的有效应力增加，产生含水层组的压密，其结果在地表反映为地面 沉降。近年来，由于基坑降水引起的事故屡见不鲜，已经引起了科研、设计、施 工人员的高度关注，对于降水引起的地面沉降的研究，一些学者已经做了很多的 研究。其中，按照积水建筑物的延伸方向，可分为垂直集水建筑物和水平集水建 筑物。前者包括井和竖井等，统称为井，地下水想垂直集水建筑

3、物的运动简称为 “井流”，本文以渗流理论作为基础，研究井点降水中地下水位的变化，接着利 用分层总和法计算地面沉降的一些问题。2工艺原理井点降水在基坑外围或一侧、二侧埋设井点管深入到含水层内，井点管的上 端通过连接弯管与集水总管连接，集水总管在与真空泵和离心水泵相连，启动抽 水设备，地下水便在真空泵吸力的作用下，经滤水管进入井点管和集水总管，排出空气后，由离心水泵的排水管排出，使地下水降低到基坑底以下，从而达 到降低基坑四周地下水位的效果，保证了基底干燥无水21。V1压力平林金点址轻型井点示童七野点童貴严谑U 4 息低密-弯联管;乗捞,G IR有地予水7T*低肩地T水位线3计算分析井点降水影响范

4、围研究并点降水的影响范围，对施工决策有重要的指导意义。在降水邻 域内，水位下降值随离开基坑边壁距离的增加而减小，因此总的来说，地面 沉降也有随着离开基坑距离增大而减小的规律。根据裘布依（Dupuit）地下水二维稳定流运动公式，可以得到：Snw _ lg R- lg(r D)Sw lg R- lg r(1)式中Sw为基坑坑底的水位实际下降值（m）;Snw为待测点处地下水位下降值（m）;R 为基坑降水的引用影响半径（m） ；Ra r ；RJ为单井抽水试验的引用影响半径（m ）;r为基坑等效半径（m）当基坑为圆形或者接近正方形时r二. A ,当基坑为矩形时可取r =0.3（a b），a，b为矩形长边

5、和短边的尺寸（m）D为待测点距基坑边壁的水平距离（m ）。在（1）公式，单井抽水实验引用影响半径Ra可根据库萨金公式及经验确定：Ra 二 2Sw K M（2）式中K为含水层的透水系数（m d）M为含水层厚度（m）当含水层厚度不确定时，降水对周围环境的影响范围可根据经验公式（3）进行估算：& = 10 H JK（3）式中Ra为降水影响区半径（m）;H为水位降低深度（m）;K为土层渗透系数（m. d）。降水引起的地面沉降在降水期间，降水面以下的土层通常不可能产生明显的固结沉降，而降水面至原地下水位面之间的土层因排水固结，会在所增加的自重应力下产生较大 的沉降，地表沉降主要由这一部分沉降量构成。降水

6、引起的地面最终沉降量计算 模型有很多种31 ,用半理论半统计的方法研究地面沉降的预测方法。从理论上 讲，井点降水在无大量细颗粒被水带走的情况下，邻域地面所产生的沉降量可用 分层总和法进行计算：ih 1e0i式中S为地面最终沉降量a。2）为各土层的压缩系数（MPa4）；e0i为各层土的初始孔隙比；Pi为各土层因降水产生的附加应力（KPa）；hi为各层土的厚度（m）。（1）粘性土沉降计算具体步骤为：1，对沉降区地层结构进行分析，按工程地质、水文地质条件分组确定沉降层及稳定层。2，作出地下水位随时间的实测及预测曲线。3，依次计算每一地下水位差值下的某土层最终沉降值S： （cm）：S：n PHz i

7、=1 E0.10.2(1)式中，eo为土层开始时的孔隙比；H为计算土层厚度（m）F为由于水位变化而 作用与土层上的应力增量（KPa）,厶Ph w； Eo.io.2为当水位下降时的体积压缩1eoas;其中a.io.21 + e模量Eo.so.2- （KPa），当水位回升时应取回弹模量Es二ao.1o.2为压缩系数，当水位回升时取回弹系数 as按选定时差计算每以水位差（应力增量）作用下的沉降量式中，Ut为固结度，对于不同情况的应力,Ut有不同的近似解:对于矩形应力分布（无限均布荷载）：-二2TvUt,o(2)e 4对于三角形应力分布:ut,iv32-二 2Tv e 4 4 (3)式中，Tv是时间因

8、素，其值为Tv(4)2 LH2式中，H为不透水面至排水面的距离（m）,单面排水为土层厚度，双面排水 为土层厚度的0.5倍；t为时间（s）; C为土的竖向固结系数（m2d）;可根据压缩试验推算。C _ k(1 唧一vkEo.io.2Yw(5)式中，k为土的渗透系数（m d） ； e。为土层固结前的孔隙比；w为水的容重（KN m3） ； aw为土层的可压缩系数（MPa）；(2)砂层的沉降计算含水砂层一般具有良好的透水性，变形可在短时间内完成，不需考虑滞后效应 可用弹性变形一维固结公式计算。丫也hH(6)wEO.1O.2式中丄S为砂层的变形量;：h为水位的变化值；H为砂层的原始厚度。4井点降水事例4

9、】3-1工程概况王府井站西南风道位于东长安街下，其出口在北京饭店对面，中国远洋运 输总公司和长安俱乐部大楼之间夹道中风道分南北遭和斜风道，斜风道走向 为偏东65,在南北风道南端施工竖井。双层结构，开挖最大断面13.1m12.6m( 风道由西南向东北3%下坡，南端开挖标高22.20m,挖深20.90m；北端开 挖标高21.70m,挖深21.40m。本工程处于永定河冲积扇脊部的中下部，围岩分类为j-1类。根据王府井站西半部勘察剖面资料，揭示地层情况如下：土层名称埋深厚度人工填土3.5m轻亚粘土13-16m园砾16.5-17.5m亚粘土19-21m中砂22-24m 厚度 2-3m卵石29-30m轻亚

10、粘土3-2计算降水曲线及确定沉降地层根据文献降水计算结果，水位变化涉及到三个地层即园砾层、亚粘土 层、中砂层。3-3 降水一年期的地面沉降计算(1) 园砾层对于园砾层属砂层，可不考虑时间考虑因素，取其层厚 H=2.5m根据降水 计算结果，水位降深均在园砾层底以下，故水位变化值均取为=0.56m,水的容重 =10,压缩模量=45MPa代入式，可得此层降深值=0.311mm(2) 亚粘土层考虑时间因素，其层厚为H=3m同样水位变化值均取为 =3m水的容重=10KN/m压缩模量=77.7MPa渗透系数k=1.73m/d，计算固结度时按三角形附加应力分布 双面排水，取H=1.5m代入可得此层最终沉降量

11、为=11.688mm由式可得任意时 间的沉降量。(3) 中砂层不考虑时间因素，其层厚 H=3m水位变化值随位置变化为一变量，水的容 重=10KN/m,压缩模量=50MPa代入，即可得中砂层沉降值3-4结果汇总由降水引起的地面沉降计算值，可得任一点任意时刻的由降水引起的沉降值。 其中仅列出沿风道中心线各点由降水引起的地面沉降计算结果如表1所示。表1沿风道中心线各点由降水引起的地面沉降计算结果表45.603X/mY/m初沉降/mm终沉降/mm001.99513.6890102.17413.8620202.24313.9310302.18613.874039.6032.04913.737645.60

12、32.01113.69911.551.6031.91113.5991959.6031.74113.4292464.6031.65213.3429.569.1031.57513.26334.574.1031.47113.15939.579.1031.39313.08144.584.1031.32813.01649.589.1031.26912.95754.594.1031.21312.9013-5计算沉降量与实测值比较由于工程总沉降量由开挖和降水两部分引起，由降水引起的地面沉降只 能在开挖以前与实测值具有可比性，开挖之后将会存在开挖对地面沉降的影 响。图1表示南北风道中心处一侧点 A的计算结果与实测结果的比较，图中 所示0-50d没有进行监测，而120d以后存在开挖响，故未列出实测值。且实 测点为一相对值。计算结果Z0 实测绪舉5010015020025